1、1,第2章 機(jī)械加工精度及其控制,本章要點(diǎn),影響加工誤差的因素,工藝系統(tǒng)幾何誤差,工藝系統(tǒng)受力變形,工藝系統(tǒng)熱變形,加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析,提高加工精度途徑,2,機(jī)械制造工藝學(xué),第2章 機(jī)械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision,2.1 概述 Introduction to Machining Precision,3,2.1.1 機(jī)械加工精度,（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）,表面粗糙度 波度 紋理方向 傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）,加工質(zhì)量包含的內(nèi)容,4,2.1.1 機(jī)械加工精度,加工精度：零件加工后實(shí)際幾

2、何參數(shù)與理想幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）符合程度。 加工誤差：零件的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差。 兩者關(guān)系 ：,加工精度的合理制定 ：,一般加工精度越高則加工成本相對(duì)越高，生產(chǎn)效率則相對(duì)越低，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理規(guī)定零件的加工精度，工藝人員則根據(jù)設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)條件適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄒ员ＷC加工誤差不超過(guò)允許范圍，并盡量提高生產(chǎn)率和降低成本 。,兩者從不同角度來(lái)評(píng)定加工零件的幾何參數(shù)。加工精度的 高低是由加工誤差的小大來(lái)表示的，保證和提高加工精度 問(wèn)題，實(shí)際上是限制和降低加工誤差問(wèn)題。,5,2.1.1 機(jī)械加工精度,加工精度內(nèi)容：,尺寸精度、形狀精度和位置精度三者之間

3、關(guān)系：,通常形狀公差限制在位置公差內(nèi)，而位置誤差一般限制在尺寸公差之內(nèi)。當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，相應(yīng)的位置精度、形狀精度也要求高。但形狀精度或位置精度要求高時(shí)，相應(yīng)的尺寸精度不一定要求高，這要根據(jù)零件的功能要求來(lái)決定。,工藝系統(tǒng):,在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、刀具，夾具和工件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，為工藝系統(tǒng)。,工藝系統(tǒng)誤差與加工誤差關(guān)系 (因果關(guān)系),工藝系統(tǒng)中的種種誤差，在不同的具體條件下，以不同的程度和方式反映 為加工誤差，工藝系統(tǒng)的誤差時(shí)”因”,是根源；加工誤差是“果”，是表現(xiàn)。,6,引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。,2.1.2 影響加工精度的原始誤差及分類,

4、原始誤差構(gòu)成,7,2.1.2 影響加工精度的原始誤差及分類,8,2.1.3 誤差敏感方向,圖中：,顯然：,工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對(duì)加工精度的影響程度也不同。對(duì)加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。 誤差敏感方向一般為已加工表面過(guò)切削點(diǎn)的法線方向。,9,2.1.4 研究加工質(zhì)量的方法, 理論方法：運(yùn)用物理學(xué)和力學(xué)原理，分析研究某一個(gè)或某幾個(gè)因素對(duì)加工精度或表面質(zhì)量的影響。 試驗(yàn)方法：通過(guò)試驗(yàn)或測(cè)試，確定影響各因素與加工質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系。, 統(tǒng)計(jì)分析方法：運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測(cè)質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行分析和控制。,實(shí)際生產(chǎn)中上述兩種方法常常結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。,10,2.1

5、.5 全面質(zhì)量管理（TQM）,一個(gè)組織以質(zhì)量為中心，以全員參與為基礎(chǔ)，通過(guò)讓顧客滿意和本組織成員及社會(huì)受益而達(dá)到長(zhǎng)期成功的管理途徑。,質(zhì)量第一 一切為用戶服務(wù) 質(zhì)量形成于生產(chǎn)全過(guò)程 質(zhì)量好壞憑數(shù)據(jù)說(shuō)話 預(yù)防為主，防檢結(jié)合 以人為本 動(dòng)態(tài)管理,11,2.1.5 全面質(zhì)量管理（TQM）,ISO9000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),ISO9000是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，它由一系列質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)組成，其中最主要和應(yīng)用最廣泛的有6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系如圖所示。,12,2.1.5 全面質(zhì)量管理（TQM）,ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證可以對(duì) ISO9001、ISO9002和ISO9003中任意一個(gè)進(jìn)行認(rèn)

6、證。這3個(gè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)容上是逐次包容的。,13,機(jī)械制造工藝學(xué),第2章 機(jī)械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision,14,加工原理誤差是指采用了近似的成型運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。,2.2.1 加工原理誤差,式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度。,又如用阿基米德蝸桿滾刀滾切漸開(kāi)線齒輪,例如在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件（見(jiàn)圖）,采了近的成型運(yùn)動(dòng)或近的刀刃輪廓，常?？梢院?jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)或刀具形狀，或可提高生產(chǎn)率，有時(shí)還可得到較高加工精度。故在生產(chǎn)中廣泛采用，其前提是原理誤差不超過(guò)規(guī)定精度要求（通常原理誤差

7、不超過(guò)1015工件公差）。,15,2.2.2 調(diào)整誤差,測(cè)量誤差 試切時(shí)與正式切削時(shí)切削厚度不同造成的誤差 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差,定程機(jī)構(gòu)誤差 樣件或樣板誤差 測(cè)量有限試件造成的誤差 和試切法有關(guān)的誤差,試切法與調(diào)整法,16,導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差 包括：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度，前后導(dǎo)軌平行度（扭曲），導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等,導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差對(duì)加工精度的影響,導(dǎo)軌水平面內(nèi)直線度誤差：誤差敏感方向，影響顯著 導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差：誤差非敏感方向，影響小 導(dǎo)軌扭曲：對(duì)加工精度的影響顯著（圖）,2.2.3 機(jī)床誤差,導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差概念,1

8、7,導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線位置誤差對(duì)加工精度的影響,2.2.3 機(jī)床誤差,a）c）水平面內(nèi)不平行 b)垂直面內(nèi)不平行,18,影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素,2.2.3 機(jī)床誤差,機(jī)床制造誤差 機(jī)床安裝誤差 導(dǎo)軌磨損,19,2.2.3 機(jī)床誤差,主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移。 用平均回轉(zhuǎn)軸線（主軸各瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的平均位置）代替。 為便于研究，可將主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動(dòng)、端面圓跳動(dòng)和傾角擺動(dòng)三種基本型式。,主軸回轉(zhuǎn)誤差概念,20,2.2.3 機(jī)床誤差,主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響,主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（鏜孔）5微米,考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線

9、運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖的坐標(biāo)值為：,式中 R 刀尖回轉(zhuǎn)半徑； 主軸轉(zhuǎn)角。,顯然，上式為一橢圓。,21,徑向跳動(dòng)對(duì)車外圓精度影響,2.2.3 機(jī)床誤差,仍考慮最簡(jiǎn)單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡接近于正圓（圖）。,思考：主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡(jiǎn)諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率為主軸轉(zhuǎn)速兩倍，被車外圓形狀如何？,結(jié)論：主軸徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度誤差,主軸徑向圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響（車外圓）,22,2.2.3 機(jī)床誤差,主軸端面圓跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響(23微米）,對(duì)圓柱面加工沒(méi)有影響； 被加工端面不平，與圓柱面不垂直（如

10、主軸回轉(zhuǎn)一周，端面跳動(dòng)一次，加工出的端面近似螺旋面）； 加工螺紋時(shí)，產(chǎn)生螺距周期性誤差。,23,2.2.3 機(jī)床誤差,主軸傾角擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響,（1）幾何軸線相對(duì)與平均軸線在空間成一定錐角的圓 錐運(yùn)動(dòng),若沿與平均軸線垂直的各個(gè)截面來(lái)看，相當(dāng)于幾何軸線繞平均軸心做偏心運(yùn)動(dòng)，只是各截面的偏心量不同。因此，無(wú)論車削還是鏜削都能獲得一個(gè)正圓柱。,（2）幾何軸線在某一平面內(nèi)作角度擺動(dòng),若頻率和主軸回轉(zhuǎn)頻率一致，沿與平均回轉(zhuǎn)軸線垂直的各個(gè)截面看，車削表面是一個(gè)圓，整體為一圓柱，鏜孔時(shí)，在垂直于主軸平均軸線的各個(gè)截面內(nèi)都形成橢圓，整體加工出橢圓柱。,24,25,26,2.2.3 機(jī)床誤差,影響主軸回轉(zhuǎn)精

11、度的主要因素,內(nèi)外滾道圓度誤差、滾動(dòng)體形狀及尺寸誤差,滑動(dòng)軸承（注意切削力的方向）,鏜床 軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動(dòng),滾動(dòng)軸承,車床 軸徑不圓引起車床主軸向跳動(dòng)（注意其頻率特性）,靜壓軸承 對(duì)軸承孔或軸徑圓度誤差起均化作用,27,2.2.3 機(jī)床誤差,推力軸承,滾道端面平面度誤差及與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差,軸承間隙的影響,影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素,軸承間隙過(guò)大，使主軸工作時(shí)油膜厚度增大油膜承載能力降低，當(dāng)工作條件(載荷、轉(zhuǎn)速等)變化時(shí)，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大。,28,2.2.3 機(jī)床誤差,與軸承配合的零件誤差的影響 軸承內(nèi)、外圈或軸瓦受力后容易變形，與之配合的軸頸或箱體支承孔

12、的圓度誤差，使軸承圈或軸瓦發(fā)生變形而產(chǎn)生圓度誤差； 與軸承圈端面配合的零件如軸肩、過(guò)渡套、袖承端蓋、螺母等的有關(guān)端面的平面度誤差，或與主軸回轉(zhuǎn)軸線不垂直，會(huì)使軸承圈滾道傾斜，造成主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向、軸向漂移； 箱體前后支承孔、主軸前后支承軸頸的同軸度會(huì)使軸承內(nèi)外圈滾道相對(duì)傾斜，同樣也會(huì)引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移。,主軸轉(zhuǎn)速的影響 由于主軸部件質(zhì)量不平衡、機(jī)床各種隨機(jī)振動(dòng)以及回轉(zhuǎn)軸線的不穩(wěn)定隨主軸轉(zhuǎn)速增加而增加，使主軸在某個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度較高，超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)，誤差就較大。產(chǎn)生軸線的漂移。,主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形 主軸系統(tǒng)的剛度，在不同方向上往往不等，受外力作用時(shí)變形不一致。 機(jī)床工作時(shí)

13、，主軸系統(tǒng)的溫度將升高，軸承徑向熱變形不相等，前后軸承的熱變形也不相同，主軸必須停車時(shí)使溫度發(fā)生變化，引起主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置變化和漂移而影響主軸回轉(zhuǎn)精度。,29,2.2.3 機(jī)床誤差,傳統(tǒng)測(cè)量方法存在問(wèn)題,主軸回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量,準(zhǔn)確測(cè)量方法,包含心軸、錐孔誤差在內(nèi) 非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,30,2.2.3 機(jī)床誤差,提高主軸部件制造精度 對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊 使主軸回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上,提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施,磨床采用死頂尖支承,用鏜模鏜孔,31,機(jī)床傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響,以齒輪機(jī)床傳動(dòng)鏈為例：,式中 n 傳動(dòng)鏈末端元件轉(zhuǎn)角誤差； kj 第j 個(gè)傳動(dòng)元件的誤差傳遞系數(shù)，表明第j個(gè)傳動(dòng)元件對(duì)末端元件轉(zhuǎn)角

14、誤差影響程度，其數(shù)值等于該元件至末端元件的傳動(dòng)比； n 傳動(dòng)鏈末端元件角速度； j 第j 個(gè)傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的初相角。,2.2.3 機(jī)床誤差,32,縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度 提高末端元件的制造精度與安裝精度 采用降速傳動(dòng) 采用頻譜分析方法，找出影響傳動(dòng)精度的誤差環(huán)節(jié) 對(duì)傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償,末端元件轉(zhuǎn)角誤差,提高傳動(dòng)精度措施,2.2.3 機(jī)床誤差,33,末端元件轉(zhuǎn)角誤差,2.2.3 機(jī)床誤差,34,2.2.4 夾具制造誤差與磨損,夾具誤差影響加工位置精度。 與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括：,通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1/3。,1）定位誤差； 2）刀具導(dǎo)向（對(duì)刀）誤差； 3）夾緊誤差

15、； 4）夾具制造誤差； 5）夾具安裝誤差； ,35,2.2.5 刀具制造誤差與磨損,定尺寸刀具（鉆頭、絞刀、鍵槽銑刀、浮動(dòng)鏜刀塊、拉刀等）尺寸誤差影響加工尺寸誤差 成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加工形狀誤差 刀具磨損影響加工尺寸誤差或形狀誤差,車刀后刀面磨損對(duì)加工尺寸影響,刀具磨損過(guò)程,36,機(jī)械制造工藝學(xué),2.3 工藝系統(tǒng)受力變形對(duì) 加工精度的影響 Static Stiffness of Technological System and its influence to machining Precision,第2章 機(jī)械加工精度及其控制 Analysis and Control of Ma

16、chining Precision,37,在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比,2.3.1 基本概念,工藝系統(tǒng)剛度定義,式中 k工藝系統(tǒng)剛度； Fp吃刀抗力； y 工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移）。,工藝系統(tǒng)受力變形,工藝系統(tǒng)受力變形引起加工誤差,38,2.3.2 工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算,式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； kjc 機(jī)床剛度； kjj 夾具剛度； kd 刀具剛度； kg 工件剛度。,工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加。由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系：,工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算公式,工藝系統(tǒng)剛度計(jì)算說(shuō)明,工件、刀具形狀簡(jiǎn)單時(shí)，其剛度可用材料力學(xué)

17、公式計(jì)算 對(duì)機(jī)床部件、夾具等，其剛度多采用實(shí)驗(yàn)方法確定 計(jì)算時(shí)可適當(dāng)簡(jiǎn)化（忽略變形小的部分）,39,機(jī)床變形引起的加工誤差,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,式中 yjc 機(jī)床總變形； Fp 吃刀抗力； ktj 機(jī)床前頂尖處剛度； kwz 機(jī)床后頂尖處剛度； kdj 機(jī)床刀架剛度； L 工件全長(zhǎng)； x 刀尖至工件左端距離。,40,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,機(jī)床誤差使工件加工后成鞍形（ 很好）,機(jī)床受力變形引起的加工誤差,工件變形引起的加工誤差,式中 yg 工件變形； E 工件材料彈性模量； I 工件截面慣性矩； Fp，L，x 含義同前。,由于工件變形，使工件加工后成鼓形

18、 (工件剛性差),工件受力變形引起的加工誤差,41,機(jī)床變形和工件變形共同引起的加工誤差,工藝系統(tǒng)剛度,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,根據(jù)上式，測(cè)得了車床前頂尖、尾頂尖、刀架三個(gè)部件的剛度，以及確定了工件的材料和尺寸，就可按 z 值，估算車削圓軸時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度及不同處工件半徑的變化。 立式車床、龍門刨床、龍門銑床等的橫梁及刀架，大型鏜銑床滑枕內(nèi)的主軸等，其剛度均隨刀架位置或滑枕伸出長(zhǎng)度不同而異，可參照上例方法分析進(jìn)行。,42,式中 切削條件系數(shù) g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差； k 工藝系統(tǒng)剛度； 誤差復(fù)映系數(shù)。,以橢圓截面車削為例說(shuō)明,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的

19、影響,為一常數(shù),切削力,當(dāng)工件材料硬度均勻，刀具切削條件和進(jìn)給量一定的情況下，則：,43,誤差復(fù)映,由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,誤差復(fù)映系數(shù),誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來(lái)表示，誤差復(fù)映系數(shù)與 系統(tǒng)剛度成反比。由前面公式可得：,機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1?？赏ㄟ^(guò)多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。,44,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,以上分析可知，工件毛坯有形狀誤差或相互位置誤差時(shí)，加工后會(huì)有同類加工誤差出現(xiàn)。在成批生產(chǎn)中用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，如毛坯直徑大小不一或硬度不均勻，同樣會(huì)有類似情

20、況發(fā)生。 以上分析僅考慮靜剛度，實(shí)際上加工過(guò)程受多種因素影響，例如毛坯的橢圓形及相應(yīng)切深變化，使均值切削力迭加有頻率為2倍于工件轉(zhuǎn)速的簡(jiǎn)諧激振力，并使系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。因而實(shí)際結(jié)果會(huì)與上述分析有所不同。,45,夾緊力影響,a） b） 薄壁套夾緊變形,薄壁工件磨削,例：薄壁套夾緊變形 解決：加開(kāi)口套,又例：薄壁工件磨削 解決：加橡皮墊,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,46,龍門銑橫梁變形,例：龍門銑橫梁,龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移,龍門銑橫梁變形補(bǔ)償,重力影響,2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,解決1：重量轉(zhuǎn)移,解決2：變形補(bǔ)償,47,傳動(dòng)力影響,理論上不會(huì)產(chǎn)生圓度誤差（但會(huì)產(chǎn)生圓柱度

21、誤差） 易會(huì)引起強(qiáng)迫振動(dòng) 解決：雙銷傳動(dòng),2.3.3 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,慣性力影響,與傳動(dòng)力類似 解決：靜動(dòng)平衡,48,2.3.4 機(jī)床部件剛度,非線形關(guān)系，不完全是彈性變形 加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸塑性變形所作功 存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形0 機(jī)床部件剛度比按實(shí)體估算值小許多，表明其變形受多種因素影響,刀架部件變形曲線特點(diǎn),刀架部件平均剛度,由于剛度曲線非線形，取剛度曲線兩端點(diǎn)連線的斜率表示平均剛度,49,2.3.4 機(jī)床部件剛度,式中 c, m與接觸面材料、表面 狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)； p 表面壓強(qiáng)。,組成件的實(shí)體剛度 （尤其是薄弱件的剛度）

22、受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形；特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大 連接表面接觸變形 （彈性和部分塑性變形） 其大小與接觸面壓強(qiáng)有關(guān),結(jié)合面間隙（產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)） 零件表面摩擦力的影響（障礙變形及其恢復(fù)）,接觸剛度：,50,2.3.5 減小受力變形對(duì)加工精度影響措施,合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀,封閉整體箱形結(jié)構(gòu),51,2.3.5 減小受力變形對(duì)加工精度影響措施,提高連接表面接觸剛度（表面粗糙度，改進(jìn)接觸質(zhì)量，予加載荷）,支座零件不同安裝方法,轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿,采用輔助支承（中心架，跟刀架，鏜桿支承等）,采用合理裝夾和加工方式,采用合理的刀具角度和切削用量,毛坯分組，使加工余量均勻,52,2.3.

23、6 工件殘余應(yīng)力引起的變形,鑄件殘余應(yīng)力引起變形,冷校直引起的殘余應(yīng)力,設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu) 粗、精加工分開(kāi) 避免冷校直 時(shí)效處理,毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力,切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力,53,機(jī)械制造工藝學(xué),2.4 工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加工精度的影響 Heat Deformation of Technological System and its Effect to machining Precision,第2章 機(jī)械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision,54,2.4.1 概述,在精密加工和大件加工中，工藝

24、系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約4070%,溫度場(chǎng)工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 熱平衡單位時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上 溫度場(chǎng)與熱平衡研究目前以實(shí)驗(yàn)研究為主,55,圓柱類工件熱變形,5級(jí)絲杠累積誤差全長(zhǎng)5m，可見(jiàn)熱變形的嚴(yán)重性,式中 L， D 長(zhǎng)度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長(zhǎng)度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。,長(zhǎng)度：,直徑：,例：長(zhǎng)400mm絲杠，加工過(guò)程溫升1，熱伸長(zhǎng)量為：,2.4.2 工件熱變形對(duì)加工精度影響,56,式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長(zhǎng)度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。,板類工件單面加工時(shí)的熱變

25、形,此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求,結(jié)果：加工時(shí)上表面升溫，工件向上拱起，磨削時(shí)將中凸部分磨平，冷卻后工件下凹。 例：高600mm，長(zhǎng)2000mm的床身，若上表面溫升為3，則變形量為：,2.4.2 工件熱變形對(duì)加工精度影響,57,2.4.3 刀具熱變形對(duì)加工精度影響,體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時(shí)間較短 溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03 0.05mm）,特點(diǎn),變形曲線,式中 熱伸長(zhǎng)量； max 達(dá)到熱平衡熱伸長(zhǎng)量； 切削時(shí)間； c 時(shí)間常數(shù)（熱伸長(zhǎng)量為熱平衡熱伸長(zhǎng)量約63%的時(shí)間，常取34分鐘）。,58,2.4.4 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響,體積大，熱容量大，溫升不高，達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

26、，溫度場(chǎng)和變形不均勻，對(duì)加工精度影響顯著,車床受熱變形,a） 車床受熱變形形態(tài),b） 溫升與變形曲線,59,2.4.4 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響,立銑,立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形,a）銑床受熱變形形態(tài),b）外圓磨床受熱變形形態(tài),c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài),外圓磨,導(dǎo)軌磨,60,2.4.5 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施,例：磨床油箱置于床身內(nèi)，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹 解決：導(dǎo)軌下加回油槽,又例：立式平面磨床立柱前壁溫度高，產(chǎn)生后傾。 解決：采用熱空氣加熱立柱后壁,均衡立柱前后壁溫度場(chǎng),減少切削熱和磨削熱，粗、精加工分開(kāi)。 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻。 隔離熱源。,61,熱對(duì)稱結(jié)構(gòu),雙端面磨床主軸熱補(bǔ)

27、償 1主軸 2殼體 3過(guò)渡套筒,4.4.4 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施,熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（例主軸熱補(bǔ)償）,加工中心熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)立柱,62,合理選擇裝配基準(zhǔn),高速空運(yùn)轉(zhuǎn) 人為加熱,恒溫 人體隔離,4.4.4 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施,63,機(jī)械制造工藝學(xué),第2章 機(jī)械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision,64,2.5.1 加工誤差的性質(zhì),在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差。, 常值系統(tǒng)誤差其大小和方向在一次加工中均不改變。如加工原理誤差，機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下

28、的受力變形，調(diào)整誤差，機(jī)床、夾具、量具的磨損等因素引起的加工誤差。 變值系統(tǒng)誤差誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。如機(jī)床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等因素引起的加工誤差。,65,4.5.1 加工誤差的性質(zhì), 在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機(jī)變化的加工誤差。 隨機(jī)誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機(jī)因素共同作用而引起的。 隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機(jī)變化而造成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應(yīng)力引起的變形等。,66,解決途徑 常值性誤差：查明大小和方向，可通過(guò)相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備或制造人為誤差來(lái)抵消常值誤差。 變值性誤差：摸清其變化規(guī)律后，可以進(jìn)行自

29、動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償和自動(dòng)周期補(bǔ)償。 隨機(jī)誤差：無(wú)明顯規(guī)律，難以完全消除，只能查明根源，給予盡量減小。,4.5.1 加工誤差的性質(zhì), 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法，根據(jù)被測(cè)質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行分析和控制。,67,生產(chǎn)中的加工誤差問(wèn)題 生產(chǎn)中常以復(fù)雜因素出現(xiàn)加工誤差問(wèn)題，這些誤差不能采用單因素分析法來(lái)衡量其因果關(guān)系，更不能從單個(gè)工件的檢查得出結(jié)論。 單個(gè)工件不能暴露出誤差的性質(zhì)和變化規(guī)律，單個(gè)工件不能代表整批工件的誤差大小。 一批工件加工中，即存在變值性誤差，也存在隨機(jī)誤差，這時(shí)單個(gè)工件的誤差是不斷變化的，憑單個(gè)工件推斷整批工件誤差是不可靠的，所以采用統(tǒng)計(jì)分析法。,2.5.2 分布圖分析法,68,

30、2.5.2 分布圖分析法,統(tǒng)計(jì)分析法,定義：以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)對(duì)許多工件進(jìn)行檢查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，從中找出規(guī)律性的東西， 進(jìn)而獲得解決問(wèn)題的途徑。 過(guò)程：,69,2.5.2 分布圖分析法,基本概念： 樣本：用于抽取測(cè)量的一批工件 樣本容量n ：抽取樣本的件數(shù)；樣本容量通常取 n = 50200 隨機(jī)變量x：任意抽取的零件的加工尺寸或偏差 極差R：抽取的樣本尺寸或偏差的最大值和最小值之差 R=Xmax-Xmin 組距d：將樣本尺寸按大小順序排列，并分為k組，組距為d,70,2.5.2 分布圖分析法,基本概念： 頻數(shù) ：同一尺寸或同一誤差組的零件數(shù)量 稱為頻數(shù)。 頻率 ：頻數(shù)與樣本容量n

31、的比值。 平均值 ：表示樣本的尺寸分散中心。 標(biāo)準(zhǔn)差S：反映了一批工件的尺寸分散程度,71,2.5.2 分布圖分析法,1）采集數(shù)據(jù)樣本容量通常取 n = 50200 2）確定分組數(shù)、組距、組界、組中值 按教材72頁(yè)表2-2初選分組數(shù) k,取整，dd 確定分組數(shù) k： R極差, 確定各組組界、組中值（第一組以Xmin為組中值） 各組組界 j分組號(hào) 各組組中值 統(tǒng)計(jì)各組頻數(shù), 確定組距 d：,72,2.5.2 分布圖分析法,3）計(jì)算樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差:,4）畫直方圖,73, 正態(tài)分布,概率論已經(jīng)證明，相互獨(dú)立的大量微小隨機(jī)變量，其總和的分布符合正態(tài)分布。 大量實(shí)驗(yàn)表明，在機(jī)械加工中，用調(diào)整法加工一

32、批零件，當(dāng)不存在明顯的變值系統(tǒng)誤差因素時(shí)，則加工后零件的尺寸近似于正態(tài)分布。,2.5.2 分布圖分析法,74,式中和分別為 正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。 平均值=0，標(biāo)準(zhǔn)差=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，記為： x N ( 0, 1 ),概率密度函數(shù),（4-22）,4.5.2 分布圖分析法,75,分布函數(shù),（5-23）,令：,將 z 代入上式，有：,則利用上式，可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進(jìn)行計(jì)算（圖4-45）。,稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量,4.5.2 分布圖分析法,76,決定分布曲線的坐標(biāo)位置，取決于常值誤差，改變常值誤差，曲線在橫坐標(biāo)上移動(dòng)，但曲線形狀不變，如圖所示。,2.5.2

33、 分布圖分析法,特征值、（可用樣本平均值 和標(biāo)準(zhǔn)差S估計(jì)）,均方根偏差，是決定曲線形狀的唯一參數(shù)，是決定分散范圍的唯一參數(shù) ，其大小決定了隨機(jī)誤差的影響程度 。,77,正態(tài)分布曲線下包含的面積代表了全部工件 圖中紅色剖面線面積F(z)為工件尺寸在到x間出現(xiàn)的頻率。,2.5.2 分布圖分析法,正態(tài)分布曲線的含義,圖3-27 正態(tài)分布曲線的含義,78,2.5.2 分布圖分析法,3的概念，對(duì)研究加工誤差時(shí)應(yīng)用很廣，6的大小代表某種加工精度在一定條件下(如毛坯余量、切削用量、正常的機(jī)床、夾具、刀具等) 所能達(dá)到的加工精度。所以一般情況下，應(yīng)使所選的加工方法的標(biāo)準(zhǔn)差，與公差帶寬度T之間關(guān)系：,3的含義:

34、,6 T,當(dāng)z土3,即x-土3 ,查表得2F(3) 9973。 這說(shuō)明隨機(jī)變量落在土3 范圍內(nèi)的概率為9973，落 在此范圍以外的概率僅0.27，此值很小。因此可以認(rèn)為 正態(tài)分布的隨機(jī)變量的分散范圍是土3 。這就是所謂的 3原則。,79, 非正態(tài)分布,雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺(tái)機(jī)床加工的工件混在一起,平頂分布：工件瞬時(shí)尺寸分布呈正態(tài)，其算術(shù)平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損),偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時(shí)寧小勿大，加工外圓時(shí)寧大勿小,幾種非正態(tài)分布,2.5.2 分布圖分析法,80, 形位誤差的分布,差數(shù)模分布：正態(tài)分布大于零的部分與小于零的部分對(duì)零軸

35、線映射后的迭加如對(duì)稱度、直線與平面的平行度、相鄰周節(jié)誤差等,瑞利分布：二維正態(tài)分布，在只考慮平面向量模情況下轉(zhuǎn)換成為一維分布,如同軸度、直線與直線平行度、端面圓跳動(dòng)誤差等（不考慮系統(tǒng)誤差）,瑞利綜合分布：上述誤差在考慮系統(tǒng)誤差的情況下，其誤差分布接近瑞利綜合分布,2.5.2 分布圖分析法,81,2.5.2 分布圖分析法,非正態(tài)分布的分散范圍,分布系數(shù) k ：,或,式中 W 表示分散范圍（按概率99.73計(jì)）,不對(duì)稱系數(shù) e：,或,式中 e 表示分布中心與分散范圍中心偏差,82, 判斷加工性質(zhì),判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差（實(shí)際尺寸分布應(yīng)服從正態(tài)分布,如實(shí)際分布與正態(tài)分布有較大出入， 用直方圖初

36、步判斷變值系統(tǒng)誤差的性質(zhì) ） 判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差及其大小（分布曲線的位置 ), 確定工序能力,2.5.2 分布圖分析法,式中 TU, TL公差帶上、下限 ； 公差帶中心與誤差分布中心偏移距離； 誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差。,83,2.5.2 分布圖分析法,84,工序能力等級(jí),2.5.2 分布圖分析法,CP 表示工藝過(guò)程本身的能力，而工藝能力系數(shù) CPK 則表示過(guò)程滿足技術(shù)要求的能力，實(shí)際上是“過(guò)程能力”與“管理能力”的綜合,估算合格品率或不合格品率 不合格品率包括廢品率和可返修的不合格品率；它可通過(guò)分布曲線進(jìn)行估算，現(xiàn)舉例說(shuō)明如下。,85,【例】,2.5.2 分布圖分析法,無(wú)心磨銷軸外圓，要求直徑

37、 ，抽樣檢查尺寸接近正態(tài)分布， ，試分析其加工質(zhì)量。,【解】,1）作分布圖, 提高工序能量（如改換高精度機(jī)床） 重新調(diào)整機(jī)床，使公差帶中心與分布中心盡可能接近,查表2-5，有：F(z)=0.4772 得：Q=0.5-0.4772=2.28% 4）改進(jìn)措施：,3）計(jì)算不合格品率：,2）計(jì)算工藝能力系數(shù)：,86,分布曲線法未考慮零件的加工先后順序，不能反映出系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)；,2.5.2 分布圖分析法,只有一批零件加工完后才能畫出，不能在加工進(jìn)行過(guò)程中提供工藝過(guò)程是否穩(wěn)定的必要信息；,分布曲線的缺點(diǎn),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，對(duì)本批零件已無(wú)法補(bǔ)救。,在工藝過(guò)程中使用分布圖分析法是分析工藝過(guò)程精度的一種方法，其前提是加工工藝過(guò)程是穩(wěn)定的。,分析加工工藝過(guò)程是否穩(wěn)定，可以使用點(diǎn)圖分析法。,87,2.5.3 點(diǎn)圖分析法,單值點(diǎn)圖,88,2.5.3 點(diǎn)圖分析法,圖是順序隨機(jī)抽樣小樣本為基礎(chǔ)，通常n=2-10,k=25,R 圖：,A2、D1、D2 數(shù)值見(jiàn)教材81頁(yè)表2-8。,圖,表示樣組平均值（分布中心），